MATERIAL COMPÓSITO DE MATRIZ POLIÉSTER REFORÇADO POR FIBRAS DE ALGODÃO CONTÍNUAS E ALINHADAS. 1 Universidade Federal do Pará

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1 MATERIAL COMPÓSITO DE MATRIZ POLIÉSTER REFORÇADO POR FIBRAS DE ALGODÃO CONTÍNUAS E ALINHADAS C. T. N. M. Branco (1) ; W. R. El Banna (1) ; D. S. Costa (1), F. S. Souza (2), E. G. Oliveira Filho (2), R. T. Fujiyama (1) cesartadeub@hotmail.com 1 Universidade Federal do Pará 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará. RESUMO Este trabalho apresenta os procedimentos desenvolvidos para a fabricação de compósitos poliméricos de matriz poliéster reforçados por fibras de algodão. Essas fibras são bastante abundantes na região Amazônica. Antes da fabricação do compósito foi realizado o processo de alinhamento manual das fibras. Já o processo de manufatura do compósito, a priori foi realizado a preparação da matriz, através da adição de catalisador e cobalto na resina polimérica e depois espalhada na fibra. Por último, o compósito foi submetido a uma prensa hidráulica a 5 kn, em seguida foi retirado e cortado de acordo com a norma ASTM D 3039, para a realização do ensaio de tração. Por último, foi realizado o ensaio individual das fibras, seguindo a norma ASTM D As fibras de algodão apresentaram resistência mecânica entre 226MPa e 391MPa. O compósito apresentou resistência mecânica média de 34,276MPa. Os resultados foram comparados com valores existentes na literatura. Palavra-chave: Fibras naturais; compósitos laminados; propriedades mecânicas. INTRODUÇÃO Desde os primórdios da humanidade, o homem nômade criava materiais para caçar e assim prover a sua própria alimentação. Com a mudança constante de local, surgiu a necessidade de criar artefatos protetivos para se defender de outras tribos que atacavam as regiões onde passavam a atuar. Com o passar do tempo, o 3394

2 homem viu-se obrigado a aprimorar as suas ferramentas de trabalho, que foram desenvolvidas utilizando elementos tais como Ferro, Bronze, Ouro e outros. Com o avanço da tecnologia esses elementos propiciaram a elaboração de meios de proteção mais eficazes que favoreceram o desenvolvimento de armas letais. Os recursos materiais sempre constituíram a base para a construção civil, em qualquer etapa da evolução da Humanidade, porém, em certas ocasiões, são utilizados em larga escala gerando catástrofes naturais em todo o planeta. Em função desses acontecimentos em escala mundial, surgiu a necessidade de pesquisar materiais alternativos para serem utilizados na construção civil. É nesse contexto que surge os materiais compósitos. Os materiais compósitos são plásticos que apresentam em sua estrutura interna fibras, que servem como reforço do material e ditam a resistência mecânica que o material suporta. Com vistas à utilização de materiais renováveis, nada mais justo que utilizar fibras naturais em sua estrutura, posto que, além de serem encontradas em vasta quantidade na região Amazônica, constituem uma fonte inesgotável de recursos. Neste artigo aborda-se um compósito de matriz poliéster, elaborado a partir da fibra natural de algodão, que é facilmente encontrada em lojas de linha para tecidos e armazéns especializados em fibras do comércio regional, embora de pequena aquisição comercial. MATERIAIS E MÉTODOS Resina do material compósito Para a fabricação da matriz polimérica do compósito, foi utilizada a resina poliéster teraftálica insaturada fabricada pela empresa Royal Polímeros, também denominada de Denverpoly 754. O agente de cura utilizado foi o peróxido methyl ethyl ketone (MEK) (Butanox M-50), na proporção de 0,33% (v/v). A matriz foi adquirida pura e posteriormente pré-acelerada com neftenato de cobalto (CoNap), na proporção de 0,15% em massa (1). Ensaio de tração das fibras Para a realização do ensaio de tração, foram elaborados 60 corpos de prova utilizados no ensaio mecânico da fibra, levado em consideração a norma ASTM D3822 (2). Os corpos de prova utilizaram papel kraft de gramatura 200 g/m 2 e super 3395

3 bonder, este empregado para colar as fibras de algodão ao papel. O processo foi realizado de forma totalmente manual, iniciado com o corte nas dimensões explicitadas de acordo com o modelo ilustrado com a ajuda da Figura 1. Figura 1. Modelo de corpo de prova para ensaio individual da fibra (mm). Na realização dos ensaios, para cada corpo de prova, é necessário cortar dois modelos nas dimensões conforme apresentadas na Figura 1. A fibra é fixada no meio da seção retangular, em seguida une-se a outra banda do papel atrás da fibra. Um corpo de prova pronto para ensaio individual da fibra é ilustrado com a ajuda da Figura 2. Figura 2. Modelo de corpo de prova para ensaio individual da fibra. Fabricação do compósito: alinhamento das fibras Nesta etapa de alinhamento, as fibras foram coladas, subsequentemente, em uma placa de vidro. As fibras são mantidas o mais próximo possível para evitar bolhas ou vazios no resultado final do compósito. O comprimento do alinhado é definido pela norma ASTM D3039/D3039M-08(3), correspondente a 250mm. Deve ser enfatizado que este processo não utilizou qualquer ação automatizada para a sua realização. Na Figura 3 tem-se o resultado final do alinhado. 3396

4 Figura 3. Resultado final do alinhado. Nas extremidades do alinhado de algodão, foi fixado um pedaço de papelão para que o mesmo fosse retirado da placa de vidro sem que ocorresse o desalinhamento das fibras. Fabricação do compósito: laminação do material O processo de laminação foi iniciado com a fabricação da matriz polimérica. Uma balança de precisão foi utilizada para calcular a quantidade de massa da resina e as proporções de catalisador e cobalto necessárias para adicionar na resina. A matriz foi despejada e espalhada sobre o alinhado de algodão com uma espátula, e em seguida colocada na prensa hidráulica a 5 kn de pressão. O resultado final do processo de laminação pode ser observado com a ajuda da Figura 4. Figura 4. Placa do compósito de algodão laminado. Preparação dos corpos de prova para o ensaio de tração Os compósitos laminados foram cortados com um disco de corte, onde foram elaborados 6 corpos de prova de acordo com a norma ASTM D3039/D3039M-08(3) com as seguintes dimensões: 250 mm de comprimento total, 15 mm de largura e 1 mm de espessura. Em seguida foram preparados os tabs com 56mm de comprimento e 1,5mm de largura, para a proteção das extremidades dos corpos de 3397

5 prova da garra da máquina. O resultado final do corpo de prova pode ser observado com a ajuda da Figura 5. Figura 5. Corpos de prova. RESULTADOS E DISCUSSÕES No ensaio de tração das fibras únicas de algodão, foram encontrados os valores mínimo e máximo de resistência à tração, listados na primeira linha da Tabela 1. Para fins de comparação, na segunda linha da mesma tabela são apresentados os valores do ensaio mecânico da fibra única de algodão, observadas por MARINELLI, A. L. et al (4). Tabela 1. Valor do ensaio da fibra única de algodão. Tensão de ruptura Autores 226 MPa - 361MPa (4) 287MPa MPa No ensaio da tração do compósito de fibra de algodão foram encontrados os valores mínimo, máximo e médio da tração de ruptura, listados na Tabela 2. Tabela 2. Valor do ensaio da fibra única de algodão. Tensão de ruptura Valor mínimo 33,55 MPa Valor máximo 35,190 MPa Valor médio 34,276 MPa O alinhamento das fibras únicas de algodão contribui significativamente para o sucesso da fabricação do compósito, uma vez que o entrelaçar e o espaçamento entre essas fibras contribuem para a formação de bolhas e vazios durante a fabricação do compósito que ocasionam trincas e, por conseguinte, perda na resistência mecânica do material. No processo de laminação foram encontradas bolhas durante o espalhamento da matriz no alinhado, pois o processo não utiliza máquinas de vácuo para a retirada dessas bolhas, o que elevaria a um valor maior 3398

6 na propriedade de resistência mecânica do compósito. A fibra de algodão foi comparada com outras fibras de MARINELLI, A. L. et al (4) e a mesma apresentou, em geral resultados medianos. Por mais que o resultado no ensaio de tração seja mediano em relação às outras fibras, esse resultado é compensado pela disponibilidade na região e acessibilidade às fibras virgens do algodão. CONCLUSÕES O barbante de algodão pode ser encontrado facilmente no comércio da região a baixo preço e em larga escala. A forma como a fibra de algodão apresenta-se contribuiu de forma significativa para o desenvolvimento contínuo e prático para o alinhamento das fibras, visto que, para a sua obtenção não foi necessária extração das mesmas em outras plantas. A fibra mostrou-se aderente na superfície da placa de vidro. Com relação às propriedades mecânicas, o algodão mostrou-se capaz de ser utilizado como reforço em materiais compósitos, primeiro pelo baixo custo de aquisição do mesmo, segundo por apresentar um resultado satisfatório com relação a outras fibras que são mais difíceis de encontrar. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq pelo apoio financeiro propiciado durante o desenvolvimento da pesquisa. REFERÊNCIAS 1. RODRIGUES, Jean da Silva. Comportamento mecânico de material compósito de matriz poliéster reforçado por sistema híbrido, fibras naturais e resíduos da indústria madeireira (2008). 2. ASTM - D3822 Standard Test Method for Single Textile Fibers. 3. ASTM - D3039/D3039M-08 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. 4. MARINELLI, A. L.; BRANCIFORTI, M. C.; NOBRE, A.D. - Desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras vegetais naturais da biodiversidade: uma contribuição para a sustentabilidade amazônica. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol 18, p. 96,

7 COMPOSITE MATERIAL OF POLYESTER MATRIX REINFORCED BY COTTON FIBERS CONTINUOUS AND ALIGNED This work presents the procedures to manufacture polyester matrix polymer composites reinforced with cotton fibers. These fibers are quite abundant in the Amazon region. Before to the manufacture of composite it was realized manual alignment of the fibers. Already the manufacturing process of the composite, at first, it was realized the preparation of matrix, by adding catalyzer, cobalt and the polymeric resin, then spread over the fiber. Finally, the composite is submitted in a hydraulic press at 5 kn then was removed and cut according to ASTM D 3039, to achieve the tensile test. Finally, another test was performed individual fibers, according to ASTM D Cotton fibers had mechanical resistance between and MPa. The composite had an average mechanical resistance of MPa. The results obtained were compared with existing values at current literature. Keyword: Natural fiber; laminated composite; mechanical properties. 3400